KR101723110B1 - 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 - Google Patents
박막 형성방법 및 원자층 증착장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101723110B1 KR101723110B1 KR1020150128342A KR20150128342A KR101723110B1 KR 101723110 B1 KR101723110 B1 KR 101723110B1 KR 1020150128342 A KR1020150128342 A KR 1020150128342A KR 20150128342 A KR20150128342 A KR 20150128342A KR 101723110 B1 KR101723110 B1 KR 101723110B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- nitride film
- silicon nitride
- atomic layer
- layer deposition
- Prior art date
Links
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 title abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012686 silicon precursor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical class [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- -1 Bis [(diethylamino) dimethylsilyl] (trimethylsilyl) amine Chemical class 0.000 description 1
- WWMIQJRAIZFZKA-UHFFFAOYSA-N [Si].N[SiH3] Chemical class [Si].N[SiH3] WWMIQJRAIZFZKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
- C23C16/345—Silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
- C23C16/45536—Use of plasma, radiation or electromagnetic fields
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
원자층 증착방법을 이용하여 저온에서 규소질화막을 형성하는 방법과 이를 위한 원자층 증착장치가 개시된다. 규소질화막의 박막 형성방법은, 소스가스는 규소를 포함하는 실리아민(Siliyamine) 계열의 규소 전구체를 사용하고, 반응가스는 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용하고, 퍼지가스는 N2 가스 또는 비활성 가스를 사용하고, 상기 소스가스, 상기 퍼지가스, 상기 반응가스 및 상기 퍼지가스의 순서대로 가스들을 순차적으로 제공하여 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 원자층 증착방법을 이용하여 규소질화막을 포함하는 박막 형성방법 및 이를 위한 원자층 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글라스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하는 방법으로는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등이 있다. 최근에는 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커졌다. 이러한 추세로 인해 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.
ALD 공정은 소스 물질을 포함하는 증착 가스에 포함된 기체 분자들 간의 화학반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 CVD 공정이 복수의 증착 가스를 동시에 공정 챔버 내로 주입하여 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과는 달리, ALD 공정은 하나의 소스 물질을 포함하는 가스를 챔버 내로 주입하여 가열된 기판에 화학흡착시키고 이후 다른 소스 물질을 포함하는 가스를 챔버에 주입함으로써 기판 표면에서 소스 물질들 사이에서의 화학반응에 의한 생성물이 증착된다는 점에서 차이가 있다. 이러한 ALD 공정은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며, 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 형성하는 것이 가능하다는 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.
한편, 기존의 ALD 공정의 경우, 반응성이 약한 소스 물질을 이용하거나 온도가 낮은 경우에는, 박막의 품질이 저하될 수 있다. 예를 들어, 규소질화막(Si3N4)을 형성하는 경우, 종래에는 저압 화학기상증착 공정을 사용하여 600℃ 이상의 고온에서 박막을 형성하였으나, 반도체 소자의 미세화, 공정의 저온화 등으로 인해 특정 공정에서는 상기 온도를 사용하는 것이 불가능하고, 보다 낮은 온도에서 공정을 진행해야 한다. 그런데, 낮은 온도에서는 규소질화막이 형성되지 않거나, 박막의 품질이 급격히 저하될 수 있다. 또한, 낮은 반응성으로 인해, ALD 공정을 이용하여 규소질화막을 형성하는 것이 어려움이 있었다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 저온에서 고품질의 규소질화막을 형성하는 방법과 이를 위한 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 증착방법을 이용하여 규소질화막(Si3N4)을 형성하는 방법은, 소스가스는 규소를 포함하는 실리아민(Silylamine) 계열의 규소 전구체를 사용하고, 반응가스는 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용하고, 퍼지가스는 N2 가스 또는 비활성 가스를 사용하고, 상기 소스가스, 상기 퍼지가스, 상기 반응가스 및 상기 퍼지가스의 순서대로 가스들을 순차적으로 제공하여 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 반응가스는 다이렉트 플라즈마 방식에 의해 플라즈마 상태로 제공될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 규소질화막(Si3N4)은 200 내지 350℃에서 공정이 진행될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 소스가스, 상기 반응가스 및 상기 퍼지가스는 지속적으로 분사될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 규소질화막을 형성하기 위한 원자층 증착장치는, 프로세스 챔버, 상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 복수의 기판이 안착되어서 회전하는 기판지지부, 상기 프로세스 챔버 내부에서 상기 기판지지부 상부에 구비되고, 상기 복수의 기판에 소스가스, 반응가스, 퍼지가스를 분사하며, 각 가스를 지속적으로 분사하는 복수의 분사영역이 형성된 가스분사부 및 상기 가스분사부에 구비되고, 상기 복수의 분사영역 중에서 반응가스가 제공되는 영역에 구비되어서 다이렉트 플라즈마 방식으로 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 제공부를 포함하고, 상기 소스가스는 규소를 포함하는 실리아민(Silylamine) 계열의 규소 전구체를 사용하게 된다.
일 측에 따르면, 상기 반응가스는 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 플라즈마에 의해 활성화된 가스를 사용하여 저온에서 고품질의 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다.
또한, 세미배치 방식의 원자층 증착장치에서 규소질화막을 형성할 수 있으며, 공정 속도(Through-put)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 모식도이다.
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 가스분사부의 평면도이다.
도 3은 Bis[(diethylamino)dimethylsilyl](trimethylsilyl)amine의 분자구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 원자층 증착장치에서 가스분사부의 평면도이다.
도 3은 Bis[(diethylamino)dimethylsilyl](trimethylsilyl)amine의 분자구조를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치(10)와 이를 이용한 박막 형성방법에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 형성방법은, 원자층 증착 공정을 이용하여 규소질화막(Si3N4)을 형성한다. 우선, 본 실시예에 따른 박막을 형성하기 위한 원자층 증착장치(10)의 일 예에 대해서 설명한다. 본 실시예에 따른 원자층 증착장치(10)는 복수의 기판(1)에 대해 동시에 증착 공정이 수행되는 세미배치 방식(semi-batch type)이 사용될 수 있다.
본 실시예에서 증착 대상이 되는 기판(1)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 기판(1)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 글라스를 포함하는 투명 기판일 수 있다. 또한, 기판(1)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.
프로세스 챔버(11)는 기판(1)을 수용하여 박막을 증착하는 공간을 제공한다. 여기서, 원자층 증착장치(10)는 진공에 가까운 저압 분위기에서 증착 공정이 수행되므로 프로세스 챔버(11)는 진공을 유지할 수 있는 밀폐 구조를 갖는다.
기판지지부(12)는 상면이 평편하게 형성되고, 그 상면에 복수의 기판(1)이 원주 방향을 따라 등간격으로 안착된다. 그리고 기판지지부(12)가 회전함에 따라 상면에 안착된 기판(1)이 회전하면서 가스분사부(13)에서 가스가 분사되는 영역을 순차적으로 통과함에 따라, 기판(1) 상에서 증착가스들이 서로 반응하면서 박막이 형성된다.
가스분사부(13)는 프로세스 챔버(11) 상부에 구비되어 서셉터(102)에 안착된 기판(1)에 복수의 증착가스를 제공하며, 복수의 증착가스는 지속적으로 분사된다.
여기서, 증착가스는 박막을 형성하기 위해서 사용되는 가스들로, 기판(1)에 증착시키고자 하는 박막을 구성하는 소스 물질을 포함하는 한 종류 이상의 소스가스와, 상기 소스가스와 반응하여 박막을 구성하는 반응가스 및, 가스들을 퍼지시키기 위한 퍼지가스가 사용된다.
가스분사부(13)는 프로세스 챔버(11) 내부로 소스가스, 반응가스 및 퍼지가스를 분사하고, 각 가스가 분사되는 복수의 영역으로 구획된다. 여기서, 가스분사부(13)는 각 영역에서 연속적으로 가스가 분사된다. 예를 들어, 가스분사부(13)는 소스가스가 분사되는 영역(이하, '소스영역(131)'이라 함)과 반응가스가 분사되는 영역(이하, '반응영역(133)'이라 함) 및 2 영역 사이에 배치된 2개의 퍼지가스가 분사되는 영역(이하, '제1 및 제2 퍼지영역(132, 134)'이라 함)과 같이 4개의 영역을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 가스분사부(13)가 4개의 영역(131, 132, 133, 134)뿐만 아니라 더 많은 영역으로 분할되는 것도 가능하다.
가스분사부(13)에는 프로세스 챔버(11) 내의 미반응 증착가스를 포함하는 배기가스를 흡입하여 배출시키기 위한 배기부(135)가 구비된다. 예를 들어, 배기부(135)는 프로세스 챔버(11) 내부의 배기가스를 흡입하는 다수의 홀이 형성된다. 또한, 배기부(135)는 배기가스를 배출시키는 것뿐만 아니라, 가스분사부(13)에서 분사되는 증착가스의 영역(131, 132, 133, 134)을 구획하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 가스분사부(13)는 4개의 영역(131, 132, 133, 134)이 대략 부채꼴 형태로 형성되고, 배기부(135)는 가스분사부(13)에 형성된 4개의 영역(131, 132, 133, 134) 사이에 배치되며 대략 'V'자 형태로 형성된다. 그러나 배기부(135) 및 가스분사부(13)가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 배기부(135)와 가스분사부(13)의 형태와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 가스분사부(13)에는 반응가스를 플라즈마에 의해서 활성화시키기 위한 플라즈마 발생부(14)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 발생부(14)는 가스분사부(13)에서 반응영역(133)에 구비되거나, 반응영역(133)으로 유입되는 반응가스의 유로 상에 구비될 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부(14)는 반응가스를 다이렉트 플라즈마 방식으로 제공한다. 도면에서 141은 가스분사부(13)에 고주파 전원을 인가하는 전원이다.
여기서, '다이렉트 플라즈마'라 함은 플라즈마 발생부에서 발생된 플라즈마 입자들을 모두 기판(1)에 제공하는 것을 의미한다. 즉, 반응가스를 플라즈마 상태로 만들었을 때, 이온 및 라디칼 입자가 모두 기판(1)에 제공된다.
한편, 본 실시예에서는 고품질의 규소질화막(Si3N4)을 형성하기 위해서, 규소를 포함하는 실리아민(Silylamine) 계열의 규소 전구체를 사용한다. 그리고 반응가스로는 다이렉트 플라즈마 방식으로 플라즈마화 된 N2 가 사용된다.
한편, 소스가스로 메탈 할라이드(Metal Halide) 또는 메탈 오가닉(Metal Organic) 형태의 규소 포함 가스가 사용되고, N2, H2, NH3, Ar, He 등의 가스의 조합을 사용하여 규소질화막을 형성할 수 있다. 여기서, 이러한 소스가스를 사용하는 경우, 특히, 메탈 할라이드(Metal Halide) 계열 중에서 하나 이상의 C1 이 포함된 전구체 가스를 사용하는 경우에는 활성화된 반응가스, 즉 NH3만을 사용할 수 있다. 그런데 이러한 가스를 이용하여 규소질화막을 형성하는 경우, 저품질의 박막이 형성되고 C1 불순물이 박막에 포함될 수 있다. 또한 플라즈마에 의해서 활성화된 질화가스(Nitridant)를 사용하여 박막을 증착하는 경우, 시간이 오래 걸려 상용화하기에는 부족하다. 더불어, 복수의 기판(1)을 공전시키면서 공정이 진행되는 세미배치 방식의 원자층 증착장치(10)에서는 가스가 프로세스 챔버(11) 내부로 지속적으로 공급되는 상태이기 때문에, 프로세스 챔버(11) 내부에서 가스들이 서로 혼합될 가능성이 높다. 이로 인해, 세미배치 방식의 원자층 증착장치(10)에서는 가스분사부(13)의 각 영역(131, 132, 133, 134)에서 분사되는 가스의 종류가 제한될 수 있으며, 특히, 규소 전구체의 경우에는 제한적으로 사용된다.
그러나 본 발명의 실시예에 따른 박막 형성방법은, 규소를 포함하는 규소 전구체 물질로, 상세하게는, 실리아민(Silylamine)계 물질의 소스가스를 사용하고, 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 반응가스로 사용하여 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다. 또한, 세미배치 방식의 원자층 증착장치를 이용하여 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 소스가스로 실리아민 계열의 규소(Si) 원료 전구체를 사용하고, 반응가스로 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용함으로써 세미배치 방식의 원자층 증착장치(10)에서 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있으며, 200~350℃의 저온에서 규소질화막(Si3N4)을 형성할 수 있다. 또한, 실시예들에 따르면, 700℃ 저압화학기상 증착장치에서 형성된 규소질화막(Si3N4)에 근접하는 WER 특성을 가지며, CVD 유사 ALD 반응이 아니라 ALD 반응에서 적정한 GPC 특성과 균일성 및 우수한 고품질의 박막을 형성할 수 있어서, 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판
10: 원자층 증착장치
11: 프로세스 챔버
12: 기판지지부
13: 가스분사부
14: 플라즈마 발생부
10: 원자층 증착장치
11: 프로세스 챔버
12: 기판지지부
13: 가스분사부
14: 플라즈마 발생부
Claims (6)
- 소스가스는 실리아민(Silylamine) 계열의 규소 전구체를 사용하고,
반응가스는 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용하고,
퍼지가스는 N2 가스 또는 비활성 가스를 사용하고,
상기 소스가스, 상기 퍼지가스, 상기 반응가스 및 상기 퍼지가스의 순서대로 가스들을 순차적으로 제공하여 규소질화막(Si3N4)을 형성하는 원자층 증착방법에 의한 박막 형성방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 규소질화막(Si3N4)은 200 내지 350℃에서 공정이 진행되는 규소질화막을 형성하는 원자층 증착방법에 의한 박막 형성방법.
- 제1항에 있어서,
상기 소스가스, 상기 반응가스 및 상기 퍼지가스는 지속적으로 분사되는 규소질화막을 형성하는 원자층 증착방법에 의한 박막 형성방법.
- 프로세스 챔버;
상기 프로세스 챔버 내부에 구비되고, 상면에 복수의 기판이 안착되어서 회전하는 기판지지부;
상기 프로세스 챔버 내부에서 상기 기판지지부 상부에 구비되고, 상기 복수의 기판에 소스가스, 반응가스, 퍼지가스를 분사하며, 각 가스를 지속적으로 분사하는 복수의 분사영역이 형성된 가스분사부; 및
상기 가스분사부에 구비되고, 상기 복수의 분사영역 중에서 반응가스가 제공되는 영역에 구비되어서 다이렉트 플라즈마 방식으로 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 제공부;
를 포함하고,
상기 소스가스는 실리아민(Silylamine) 계열의 규소 전구체를 사용하고, 상기 반응가스는 다이렉트 플라즈마에 의해 활성화된 N2 가스를 사용하는 원자층 증착장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150128342A KR101723110B1 (ko) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150128342A KR101723110B1 (ko) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170030880A KR20170030880A (ko) | 2017-03-20 |
| KR101723110B1 true KR101723110B1 (ko) | 2017-04-18 |
Family
ID=58502764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150128342A KR101723110B1 (ko) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101723110B1 (ko) |
-
2015
- 2015-09-10 KR KR1020150128342A patent/KR101723110B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170030880A (ko) | 2017-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101723546B1 (ko) | 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 | |
| KR100949914B1 (ko) | 원자층 증착 장치 | |
| KR20130067600A (ko) | 다이렉트 플라즈마 형성 원자층 증착장치 | |
| KR101473334B1 (ko) | 원자층 증착 장치 | |
| KR102487805B1 (ko) | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 | |
| KR101485580B1 (ko) | 원자층 증착 장치 | |
| US20240055233A1 (en) | Substrate processing device and substrate processing method | |
| KR20110051432A (ko) | 다성분 박막의 증착을 위한 원자층 증착장치 | |
| KR101046613B1 (ko) | 원자층 증착장치 | |
| KR20100128863A (ko) | 원자층 증착장치 및 방법 | |
| KR102150361B1 (ko) | 원자층 증착 장치 | |
| KR101028407B1 (ko) | 원자층 증착장치 | |
| KR101388222B1 (ko) | 균일한 플라즈마 형성을 위한 원자층 증착장치 | |
| KR20120045149A (ko) | 원자층 증착장치의 샤워헤드 | |
| KR101723110B1 (ko) | 박막 형성방법 및 원자층 증착장치 | |
| KR101072751B1 (ko) | 원자층 증착장치 | |
| KR20170075163A (ko) | 가스분사부 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 | |
| KR20160053493A (ko) | 가스공급장치 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 | |
| KR101046612B1 (ko) | 원자층 증착장치 | |
| KR20110006874U (ko) | 다중막의 증착을 위한 원자층 증착장치 | |
| KR20110076115A (ko) | 가스분사 유닛 및 이를 구비하는 원자층 증착장치 | |
| KR101388223B1 (ko) | 균일한 플라즈마 형성을 위한 원자층 증착장치 | |
| KR101163610B1 (ko) | 원자층 증착장치 및 방법 | |
| KR102181120B1 (ko) | 기판 처리 장치 | |
| KR101675817B1 (ko) | 반도체 제조용 증착장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200121 Year of fee payment: 4 |